【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 簡(jiǎn)便方法不能構(gòu)造出來(lái)自分布光源的陰影。如果要把分布光源造成的陰影也考慮進(jìn)去，則必須計(jì)算陰影的 本影和半影 。 第三節(jié) 陰 影 不透明體遮住 光源 時(shí)，如果光源是比較大的發(fā)光體，所產(chǎn)生的 影子 就有兩部分，完全暗的部分叫 本影 ，半明半暗的部分叫半影 。 當(dāng)要顯示一個(gè)客體時(shí)，可以分別對(duì)觀察點(diǎn)及各點(diǎn)光源實(shí)施同樣的消除隱藏面的算法，分別對(duì)觀察點(diǎn)及各點(diǎn)光源確定出相應(yīng)的可見(jiàn)部分和不可見(jiàn)部分，然后把所得結(jié)果進(jìn)行整理，通過(guò)正確形成明暗而表現(xiàn)出來(lái)。 當(dāng)要對(duì)同一物體從許多不同觀察點(diǎn)進(jìn)行觀察時(shí)，對(duì)所看到的一系列情形， 可以只做一次發(fā)現(xiàn)陰影的計(jì)算 ，因?yàn)楫?dāng)點(diǎn)光源相對(duì)物體是固定時(shí) .陰影實(shí)際上和觀察點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。 計(jì)算陰影還有許多其他的方法。對(duì)由多邊形表面組成的客體 , 是對(duì)從光源來(lái)說(shuō)是完全可見(jiàn)或者部分可見(jiàn)的多邊形 ,都附加上另一個(gè)與之共面的多邊形 ,稱為 細(xì)碎多邊形 . 計(jì)算細(xì)碎多邊形的方法 ,是用遮擋光線多邊形的投影 ,相對(duì)多邊形表面 ,用對(duì)多邊形進(jìn)行剪裁的算法進(jìn)行剪裁 . 下圖示意說(shuō)明了這種情況 .圖中在立方體和光源之間有一個(gè)不透明的三角形面 ,立方體有兩個(gè)面產(chǎn)生了陰影 ,在那兩個(gè)面上附加上了細(xì)碎多邊形 . 從觀察點(diǎn)看是可見(jiàn)的 ,并且被細(xì)碎多邊形覆蓋的部分 ,要進(jìn)行全部的明暗處理 ,即要同時(shí)計(jì)算漫射照明及具體光源照明等結(jié)合起來(lái)的效果 .從觀察點(diǎn)看是可見(jiàn)的 ,但沒(méi)有被細(xì)碎多邊形覆蓋的部分 .實(shí)際上是在陰影之中 ,應(yīng)該只計(jì)算漫射照明引起的效果。 光源在無(wú)窮遠(yuǎn)處 投射陰影的多邊形 細(xì)碎多邊形 位于立方體頂面的陰影 位于多邊形前面的陰影 完全位于陰影中的面，因而并不加上細(xì)碎多邊形 第四節(jié) 紋 理 紋理 (texture) 物體的表面細(xì)節(jié) 光滑表面上額外地增加 圖案 ,當(dāng)圖案加上后 ,表面仍然保持光滑 ,這一過(guò)程基本上可用一個(gè) 映射函數(shù) 描述 。 表面呈現(xiàn)出 凸凹 不平的形狀 ,這一過(guò)程可用一個(gè) 擾動(dòng)函數(shù) 來(lái)描述 . 光滑表面上描繪花紋是花紋圖案在客體表面上的映射 ,即可以表示為由一個(gè)坐標(biāo)系至另一個(gè)坐標(biāo)系的變換 . 在紋理空間的正交坐標(biāo)系 (u,w)中定義一個(gè)紋理圖案 ,而在另一個(gè)正交坐標(biāo)系 (s,t)中定義了一個(gè)表面 ,那么 ,通過(guò)一個(gè)函數(shù)變換 ,即一個(gè)映射函數(shù)來(lái)把花紋繪制到表面上去 . s=?(u ,w) t=g(u ,w) 或 u=h(s ,t) w=k(s,t) 最簡(jiǎn)單的映射 ,可以是一個(gè)線性函數(shù) .如 s=Au+B , t=Cw+D 紋理的定義可能不是由 數(shù)學(xué)函數(shù) 給出的 ,這樣的紋理包括一般繪制的 圖案 及 照片 等其它形式的圖案 .這多用一個(gè)二維數(shù)組定義 ,數(shù)組代表一個(gè)用于光柵圖形顯示的位圖 . 顯示紋理圖案涉及從 物體空間到圖象空間 ,以及從紋理空間到物體空間的變換 ,此外還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊晥D變換 . 我們可以用 Catmull的分割算法來(lái)實(shí)現(xiàn)紋理的顯示 ,在這個(gè)算法中 ,曲面片不斷地被分割 ,直至每一個(gè)子曲面片僅包含一個(gè)象素中心為止 ,然后 ,將子曲面片中心的參數(shù)值映射到紋理空間中 ,根據(jù)紋理空間中相交點(diǎn)處的花紋圖象值決定該像素處的光強(qiáng) . 對(duì)于具有不同粗糙程度的物體表面紋理的實(shí)現(xiàn) ,可以通過(guò)對(duì)表面法向量進(jìn)行擾動(dòng) ,來(lái)產(chǎn)生凹凸不平的視覺(jué)效果 . Blinn通過(guò)在原始表面上增加一個(gè)干擾函數(shù) T(u,v),來(lái)定義一個(gè)具有粗糙紋理效果的新表面 . 設(shè) O(u,v)是一個(gè)表面 ,用 (u,v)來(lái)表示該表面上的一點(diǎn) . 表示此點(diǎn)的法向量 新表面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位量矢量為 : VOuON??????NNv)T(u,v)O(u,v)(u,O39。 ?? 新的表面的法向量為 vO39。uO39。N39。??????)NN(uv)T ( u ,NNuTuOuO39。????????????)NN(vv)T ( u ,NNvTvOvO39。???????????? 當(dāng) T(u,v)很小時(shí) ,上式中的最后一項(xiàng)可以忽略 ,則有 : NNuTuOuO39。?????????NNvTvOvO39。?????????2NN)T u T v ( NNO u )T v ( NNO v )T u ( NvOuOVO39。uO39。N39。??????????????????NO u )T v ( NNO v )T u ( NNN39。????? 或 N39。=N+D,D為一個(gè)干擾向量 ,在這里為上式后兩項(xiàng)的和 . 第五節(jié) 整體光照明模型 局部光照明模型 不考慮周圍環(huán)境對(duì)當(dāng)前景物表面的光照明影響，忽略了光能在環(huán)境景物之間的傳遞，因此很難生成表現(xiàn)自然界雜場(chǎng)景的高質(zhì)量真實(shí)感圖形。為了增加圖形的真實(shí)感，必須考慮環(huán)境的 漫射、鏡面反射和規(guī)則透射 對(duì)景物表面產(chǎn)生的 整體照明效果 。 表現(xiàn)場(chǎng)景整體照明效果的一個(gè)重要方面是 透明現(xiàn)象的模擬 。 透過(guò)透明性能很好的透明體，如玻璃窗，觀察到的 景物不會(huì)產(chǎn)生變形 。但透過(guò)另一些透明物體，如透明球等進(jìn)行觀察時(shí)，位于 其后的景物呈現(xiàn)嚴(yán)重的變形 。這種變形是由于光線穿過(guò)透明介質(zhì)時(shí)發(fā)生 折射 而引起的，因而是一種幾何變形。有些透明物體的透明性更差，觀察者通過(guò)它們看到的只是背后景物朦朧的輪廓。 這種模糊變形是由于透明體表面粗糙或透明物體材料摻有雜質(zhì)以至于從某方向來(lái)的透射光宏觀上不遵從折射定律而向各個(gè)方向散射。此外，透明材料的濾光特性也影響透明性能。 整體光照明模型還要模擬光在景物之間的 多重反射 . 一般來(lái)說(shuō)，物體表面入射光除來(lái)自光源外，還來(lái)自四面八方不同景物表面的反射 。局部光照明模型簡(jiǎn)單地將周圍環(huán)境對(duì)景物表面光亮度的貢獻(xiàn)概括成一均勻入射的環(huán)境分量并用一常數(shù)表示，忽略了來(lái)自環(huán)境的鏡面反射光和漫射光，使圖形真實(shí)性受到影響。 透射光亮度的簡(jiǎn)單模擬 I=(1tt)Ic+ttIt, 0≤t t≤1 在玻璃杯的邊緣處，由于介質(zhì)的厚度增加，因而使透明度降低。這時(shí)可取下式來(lái)表現(xiàn)這種效果： tt = tmin + (tmax – tmin)[1(1 )] Whitted光照明模型 Whitted在 Phong模型中增加了環(huán)境鏡面反射光亮度 Is和環(huán)境規(guī)則透射光亮度 It，以模擬周圍環(huán)境的光投射在景物表面上產(chǎn)生的理想鏡面反射和規(guī)則透射現(xiàn)象。 dzN Whitted模型基于下列假設(shè)：景物表面向空間某方向 V輻射的光亮度 I由三部分組成，一是由 光源直接照射 引起的反射光亮度 Ic，另一是沿 V的 規(guī)則透射方向r來(lái)的環(huán)境光 Is投射在光滑表面上產(chǎn)生的鏡面反射光，最后是沿 V的規(guī)則投射方向t來(lái)的環(huán)境光 It 通過(guò)透射在透明體表面上產(chǎn)生的規(guī)則透射光， Is和 It分別表示了環(huán)境在該物體表面上的鏡面映像和透射映像 Whitted模型可用以下公式求出： I=Ic+ksIs+ ktIt 其中 ks和 kt為反射系數(shù)和透射系數(shù)，它們均在 0至 1之間取值。 在 Whitted模型中， Ic的計(jì)算可采用 Phong模型，因此，求解模型的